Как сделать солнечную батарею из подручных средств

Как сделать солнечную батарею из диодов

Не все знаю, что любой полупроводниковый диод способен преобразовывать солнечную энергию в электрическую. Главное чтобы на кристал прибора падал солнечный свет. Простой пример как можно построить простую солнечную батарею на диодах в прозрачном, стеклянном корпусе.

Понадобится

• Импульсные диоды, типа 1N4148 — http://alii.pub/5piyt2
• Алюминиевый фольгированный скотч — http://alii.pub/5piywr
• Двусторонняя клеящая лента толщиной 1 мм — http://alii.pub/5piyyi
• Картон.
• Припой.
• Провода.

Изготовление солнечной батареи из диодов своими руками

В качестве основания будет использована подложка из картона. Наклеиваем на картон две полоски фольгированного скотча — они будут служить отражателем.

На каждую полоску наклеиваем сверху по две полосы клеящей ленты — эти будут служить подставкой под диоды.

Снимаем второй защитный слой с наклеенных лент.

Берем 2 упаковки диодов по 40 штук в каждой. Разрезаем их на 4 группы по 20 штук к каждой. Приклеиваем диоды переворачивая группы в шахматном порядки, чтобы можно было удобнее подключать их последовательно.

Сначала спаиваем все диоды в каждой группе паралельно, а уже затем соединяем все группы последовательно «плюс» к «минусу».

Солнечная батарея готова. Для проверки работы подключаем мультиметр на выход.

При ярком солнечном освещении солнечная батарея вырабатывает чуть больше 300 мВ.

Стоит только закрыть рукой свет, как напряжение тут же падает, что свидетельствует о работе солнечной батареи.

Как сделать солнечную батарею из транзисторов

Всем известно (а кому не известно, узнает сейчас), что для производства основных типов солнечных батарей используются кремний. Это полупроводник, который широко применяется при изготовлении радиоэлектронных комплектующих. Например, при производстве транзисторов. И возникла идея… А не попробовать ли сделать солнечную батарею самостоятельно?

Изготовление простой солнечной батареи

Для эксперимента использовались транзисторы типа «MJ 2955».

Это кремниевый прибор прямой проводимости. Довольно большой мощности (115 Вт). А значит величина кристалла, содержащего кремниевые p-n переходы тоже достаточного размера. Для того чтобы в этом убедиться, предлагается спилить ножовкой верхнюю часть транзистора и заглянуть внутрь.

Взгляду открывается кремниевая пластина, к которой подпаяны выводы.

Тестер, включенный на измерение напряжения с минимальным пределом, подключается к базе и коллектору испытуемого транзистора.

При средней освещенности величина генерируемого кремниевым переходом напряжения почти равна 0,4 В. Закрывая транзистор рукой, уменьшаем напряжение практически до нуля. Следующий этап испытаний.

А если соединить несколько таких транзисторов последовательно. Достаточно ли будет генерируемого тока для питания какого-либо бытового прибора? Разместим четыре транзистора с отпиленной верхней частью корпуса на старом лазерном диске. Практично и эстетично. Все транзисторы соединяются последовательно. Коллектор первого с базой следующего и так далее. Получили цепочку из четырех кремниевых «p-n» переходов. С коллектора первого транзистора снимается «+», а минус с базы последнего.

Что ж, значение величины напряжения выросло почти в четыре раза и стало 1,5 В. Это в помещении. А на улице при небольшой облачности оно увеличивается до 1,7 В. При закрывании света рукой, напряжение падает. Всё как в теории. При измерении величины тока прибор показал 0,015 мА. Конечно, это крайне мало. Не зря промышленные солнечные панели соединяются между собой последовательно-параллельно. Последовательно для увеличения выходного напряжения, а параллельно для увеличения величины вырабатываемого тока.

На следующем этапе эксперимента попробуем запитать от самодельной солнечной батареи бытовые часы с ЖК индикатором. Устройство очень слаботочное, рассчитанное на напряжение 1,5 В. Из часов удаляется «таблетка» питания, вместо нее к контактам припаиваются провода от солнечной батареи.

И часы «пошли»! Индикатор работает, отображая цифры. Но стоит только закрыть транзисторы самодельной батареи рукой, как тут же всё пропадает.

Как сделать солнечную батарею из белил, баклажанов и не только…

Мы привыкли к тому, что стандартные солнечные элементы питания представляют собой фотоэлектрические устройства на основе p-n перехода. Тем не менее существует интересная альтернатива, использующая принцип разделения функций переноса заряда и световой абсорбции. И такой альтернативой является создание фотохимических полупроводниковых ячеек, сенсибилизированных красителем.

Преимуществами такой технологии является:

• способность работать не только от яркого света, но и от рассеянного, падающего под большими углами;
• эффективность работы в широком диапазоне температур: например, если сравнивать со стандартной кремниевой технологией, производительность у солнечных элементов, созданных с помощью такой технологии, не подвержена влиянию в диапазоне температур от +10° до + 60° C; в то время как у кремниевых солнечных элементов повышение температуры приводит к снижению производительности до 20%;
• привлекательное соотношение цена/производительность (при максимальной солнечной активности, эффективность преобразования превышает 10%);
• малая чувствительность к частичному затенению рабочей поверхности;
• использование простых дешёвых компонентов и доступного оборудования для производства;
• малый вес устройства.

Устройство и принцип действия

Как можно видеть по картинке выше, устройство представляет собой своеобразный «бутерброд», стенки которого являются стеклянными пластинами, покрытыми оксидной токопроводящей плёнкой, с сопротивлением в пределах от 8 до 15 . Задачей этого покрытия является отведение генерирующегося тока в нагрузку. При этом одна из пластин покрыта тонким слоем диоксида титана , на которой осаждён краситель. Оставшееся пространство между пластинами заполнено электролитом.

Особо хотел упомянуть такой момент: на картинке выше есть слой, который называется «графит / сажа / золото / платина». В литературе этот слой именуют «катализатором». Но, к сожалению, мне не удалось найти какого-либо подробного вменяемого объяснения о его роли. Единственное, что нашёл, приведено ниже (в комментариях авторов, ко второму видео, которое будет в конце статьи): «пока свет может попасть на вашу плёнку, не имеет большого значения, с какой стороны она освещается. В коммерческих системах задний контакт (на который мы в ходе этого опыта нанесли графит), обычно представляет собой поверхность с золотым или платиновым покрытием, поэтому свет не может пройти через него. Вероятно, это лучше, потому что сзади, сгенерированные электроны должны пройти дальше от плёнки к заднему контакту, и поскольку ваша плёнка не сильно освещается ярким светом, это приведёт к потерям». Буду рад, если в комментариях будут высказаны идеи по поводу этого.

Принцип работы устройства базируется на переносе электронов от молекулы красителя к диоксиду титана. Если сказать по-простому: падающий свет возбуждает краситель, из которого выбивается электрон, который далее захватывается диоксидом титана, который передаёт его токопроводящему прозрачному слою на стекле, что, в свою очередь, вызывает появление электрического тока в цепи: токопроводящие оксидные слои-нагрузка.

Если более детально, то происходит это следующим образом: когда частица красителя в устройстве получает квант света, электрон красителя переходит в возбуждённое состояние, после чего за период, порядка секунды, электрон уходит в зону проводимости пористого диоксида титана. Так как краситель потерял электрон, он окисляется (то есть наблюдается недостаток электронов, и он имеет положительный заряд), в то время как электроны покидают устройство через анод, в это же время дырки переходят в электролит. Таким образом, происходит разделение зарядов. Окислённый краситель далее восстанавливается из электролита, содержащего йод, за время, около 1 мкс. При этом происходит восстановление красителя, и ионы йода превращаются в молекулы йода, далее за счёт диффузии, проникая к катоду, где и происходит их восстановление с помощью электронов из внешней цепи.

Подбор красителей, поглощающих широкий диапазон падающего света, делает подобное устройство весьма эффективным. В данный момент разработка красителей сосредоточена в направлении создания такого их вида, который ещё больше увеличивает разделение заряда на границе фаз оксид-электролит: он должен соответствовать, по сути, требованиям выпрямления тока, — чтобы был канал для перехода электронов из красителя в диоксид титана, в то же время как обратный ток (забирание электролитом зарядов) — был максимально снижен.
Одним из таких подходов стало добавление гуанидиния тиоцианата в состав электролита, что помогает компактной локализации красителя на поверхности диоксида титана и на выходе позволяет достигнуть эффективности энергопреобразования в 10,6%.

Описание компонентов устройства

▍ Диоксид титана ()

Одним из основных компонентов подобной солнечной батареи является диоксид титана. Несмотря, на такое «слишком химическое» название, с точки зрения обывателя, не нужно пугаться — он является одним из самых распространённых белых красителей и входит в состав множества красок, белил, лаков, различных грунтовок, штукатурок и т.д. и т.п. Ценят его за белизну и укрывистость, позволяющие создавать плотное белое покрытие на поверхности, и, кроме того, стойкое к ультрафиолету. Но, с другой стороны, его нельзя назвать дешёвым компонентом, и высокий процент содержания диоксида титана в лакокрасочном материале — на соответствующий процент поднимает и конечную цену.

Кроме названного, существенное количество диоксида титана идёт на производство пластика и резины, в качестве наполнителей. Также используется он и для производства бумаги, в фармацевтике, в пищевой промышленности (например, в зубных пастах) и даже в белой гуаши:-).

Одно время, автор этой статьи, когда прорабатывал идею собственного самодельного ксерокса (ну да, ударило в голову, было такое) — проводил эксперименты по созданию фотобарабана как раз с применением белой титановой гуаши из детского магазина…

Правда есть некоторая информация, что диоксид титана согласно классификации международного агентства по изучению рака отнесён к группе веществ, являющихся возможными канцерогенами для человека (насколько эта информация точна, не уверен).

При изготовлении солнечной батареи, нанесение титана производят следующим образом: на стеклянную пластину, со стороны токопроводящего слоя наклеиваются квадратом четыре отрезка скотча, таким образом, чтобы в середине между ними образовался квадрат открытого стекла.

Изменяя количество слоёв наклеиваемого скотча, можно варьировать и толщину будущего наносимого титанового покрытия. После чего, диоксид титана, в пастообразном виде наносят на пластину и стеклянной палочкой раскатывают по ней. В результате должна получиться плёнка из диоксида титана толщиной приблизительно 10-14 мкм, а скотч в этом процессе выступает как ограничитель толщины слоя (стеклянная палочка упирается в него).

Далее скотч снимают, и, после высыхания этого слоя, пластина с нанесённым диоксидом титана отжигается на воздухе, что в результате приводит к образованию пористой структуры из диоксида титана, совокупная площадь пор которой примерно в 2000 раз превосходит плоскую поверхность самой пластины. Это необходимо для того, чтобы создать максимальную площадь контакта.

▍ Красители — сенсибилизаторы

Как было уже сказано ранее, красители являются весьма важным элементом, и в качестве них могут использоваться как естественные красители, так и искусственные.

▍ Натуральные красители

Естественные красители являются весьма привлекательными в фотоячейках, так как обладают широким распространением и низкой ценой, в виду возможности быть добытыми из естественных источников.

Например, в качестве таких красителей может быть использован сок красного сицилийского апельсина, экстракт из кожуры баклажана, а также ряд иных плодовых экстрактов:

Картинка: Т. Н. Патрушева – «Технологии изготовления компонентов оксидных солнечных батарей»

— фототок короткого замыкания;
— фотонапряжение холостого хода;
— мощность;
— коэффициент заполнения;

Тем не менее несмотря на имеющиеся успешные примеры применения, стабильность и устойчивость естественных красителей оставляет желать лучшего, и фактически, можно сказать, что их возможности находятся ниже промышленных требований.

▍ Синтетические красители

Так как эти красители предназначены для обеспечения устойчивого окрашивания в промышленных условиях, к ним предъявляются жёсткие требования и они должны образовывать устойчивые цвета, несмотря на обработку горячей водой, паром, кислотами и т.д. (конечно, они должны соответствовать не всему сразу, каждый краситель предназначен для своего, конкретного применения).

Самыми лучшими красителями, обеспечивающими наивысшие КПД и устойчивость во времени (для целей фотоэлектрического преобразования), являются красители на базе полипирипил-комплексов рутения и осмия («N3», «black dye»).

Кроме того, так как фотоэлектрические ячейки работают в области видимого спектра, а инфракрасный спектр остаётся не задействованным, идут исследования красителей, способных воспринимать и преобразовывать и этот частотный диапазон. В качестве одного из таких красителей был найден эффективный преобразователь на базе цианинового сенсибилизатора (NK6037).

▍ Электролит

В качестве большинства электролитов используются водные растворы щелочей, солей, кислот. Их несомненным плюсом является то, что концентрация, а, соответственно, и проводимость электролита, может быть изменена в широких пределах. Одними из самых широко распространённых являются растворы гидроксидов калия и натрия, при этом щелочные растворы обладают высокой электрической проводимостью. В качестве электролита могут быть использованы и растворы солей, обладающие умеренной электрической проводимостью.

▍ Прозрачные плёнки-электроды

Так как захваченные электроны необходимо ещё каким-то образом отводить, то для этих целей используются специальные прозрачные и в то же время топроводящие плёнки, нанесённые на поверхность стёкол (стекло нужно в качестве механической основы, чтобы создать механически прочный «бутерброд»). В качестве таковых могут использоваться плёнки с оксидами олова, индия, кадмия, галлия, меди, цинка.

Так как плёнки подобного типа будет не так просто достать, либо они могут быть не совсем дешёвыми, полагаю, что для целей создания дешёвого фотоэлемента можно попробовать использовать какую-либо из великого разнообразия металлизированных декоративных плёнок. Или, например, использовать стандартные металлизированные (т.е. тонированные) стёкла, которые используются для остекления — так как обычно их покрывают металлами, насколько мне известно, в том числе даже и золотом (скажем, стёкла для остекления солнечной стороны зданий). Да, за счёт не такой хорошей прозрачности, эффективность, по идее, будет ниже. Но, почему бы и нет! Этот вопрос остаётся открытым, поэтому будет интересно обсудить его в комментариях…

Практический пример — малиновый фотоэлемент

В примере ниже разобран любопытный вариант создания фотоэлемента, который интересен тем, что дано просто пошаговое руководство, сопровождающее видео, по которому можно достаточно легко повторить показанное:

Вкратце, как это делается: по описанной выше технологии, наклеивается скотч на стекло с токопроводящим слоем, после чего на стекло наносится тонкий слой диоксида титана, предварительно превращённый в пасту, консистенции латексной краски. Для этого он смешивается с сильно разведённой уксусной кислотой (0,1 мл концентрированной кислоты на 50 мл воды) и несколькими каплями средства для мытья посуды.

После нанесения на стекло, скотч снимается, стекло высушивается и обжигается и на нём образуется спечёное пористое покрытие из диоксида титана.

Далее, готовая пластина погружается в малиновый сок, который авторами был предварительно получен из замороженной малины. В процессе такого окунания диоксид титана образует с малиной комплекс и меняет свой цвет, после чего пластина промывается спиртом, для удаления частичек малины и осушения от воды (т.к. спирт поглощает воду).

После этого подготавливается вторая пластина: она проводится токопроводящим слоем с оксидом олова над пламенем свечи, что позволяет её сильно закоптить (насколько я понимаю, это делается для увеличения площади контакта).

Подготовленные пластины соединяются с помощью канцелярского зажима, и в щель между ними с помощью пипетки капается несколько капель раствора трийодида, который за счёт капиллярного действия проникает в пространство между пластинами и занимает его полностью.

Теперь остаётся только подключить провода к токопроводящим слоям обеих стёкол и осветить этот «бутерброд» источником света. Фотоэлемент готов!

Ещё одно хорошее видео аналогичного эксперимента находится вот тут:

Таким образом, как мы видим, есть более дешёвые альтернативы кремниевым солнечным панелям, которые позволяют вполне поэкспериментировать в этой области любому желающему. Однако, говоря об устройствах на основе природных органических красителей, следует иметь в виду, что необходимо каким-то образом озаботиться и о герметизации торцов пластин, чтобы не происходило испарение электролита; кроме того, имеет смысл рассмотреть использование синтетических красителей, так как службы природных будет весьма недолгим…

Для написания статьи использовались материалы, в том числе книги Т. Н. Патрушевой – «Технологии изготовления компонентов оксидных солнечных батарей».

• самодельная солнечная батарея
• химия
• физика
• ruvds_статьи

Как изготовить солнечную батарею в домашних условиях?

Использование энергии солнца ассоциируется по большей части с космическими аппаратами. А теперь еще с разными далекими странами, где ускоренно развивается «альтернативная энергетика». Но попробовать то же самое даже с самодельными устройствами по силам почти всем.

Особенности и разновидности устройства

Из экзотического устройства, предназначенного только для специальных нужд, солнечная батарея превратилась в уже относительно массовый источник энергии. И причина не только в экологических соображениях, но и в беспрерывном росте цен на электроэнергию из магистральных сетей. Более того, есть еще немало мест, где такие сети вовсе не протянуты и неизвестно когда они появятся. Самостоятельная забота о протягивании магистрали, объединение ради этого усилий большого числа людей вряд ли возможны. Тем более что даже при успехе предстоит окунуться в мир стремительной инфляции.

Важно понимать, что панели, вырабатывающие электричество, могут довольно сильно отличаться друг от друга.

И дело даже не в формате – внешний вид и геометрия как раз довольно близки. А вот химический состав отличается разительно. Наиболее массовые изделия выполнены из кремния, который доступен почти всем и стоит недорого. По производительности батареи не хуже как минимум более дорогих вариантов.

Существует такие три основных варианта кремния, как:

• монокристаллы;
• поликристаллы;
• аморфное вещество.

Монокристалл, если исходить из сжатых технических объяснений – это наиболее чистый тип кремния. Внешне панель похожа на своеобразные пчелиные соты. Основательно очищенное вещество в твердом виде делят на особо тонкие пластины, каждая из которых имеет не больше 300 мкм. Чтобы они выполнили свою функцию, используют электродные сетки. Многократное усложнение технологии по сравнению с альтернативными решениями делает подобные источники энергии наиболее дорогими.

Несомненным преимуществом монокристаллического кремния является очень высокий КПД по меркам солнечной энергетики, составляющий приблизительно 20%. Поликристалл получают иначе, требуется сначала расплавить материал, а затем медленно понижать его температуру. Относительная простота методики и минимальный расход энергоресурсов при производстве положительно сказываются на стоимости. Минусом становится пониженная эффективность, даже в идеальном случае она составляет не более 18%. Ведь внутри самих поликристаллов есть немало структур, понижающих качество работы.

Аморфные панели почти не проигрывают обоим только что названным видам. Кристаллов тут нет вообще, есть вместо них «силан» – это соединение кремния с водородом, размещаемое на подложке. КПД составляет примерно 5%, что в значительной мере компенсируется многократно увеличенным поглощением.

Немаловажно и то, что аморфные батареи лучше других вариантов справляются со своей задачей при рассеянном солнечном освещении и в пасмурную погоду. Блоки являются эластичными.

Иногда можно встретить комбинацию монокристаллических или поликристаллических элементов с аморфным вариантом. Это помогает сочетать достоинства используемых схем и гасить практически все их недостатки. С целью снижения стоимости изделий сейчас все чаще используют пленочную технологию, которая предусматривает генерацию тока на базе теллурида кадмия. Само по себе это соединение является токсичным, но выброс яда в окружающую среду исчезающе мал. А также могут использоваться селениды меди и индия, полимеры.

Концентрирующие изделия повышают эффективность использования площади панели. Но это достигается только при использовании механических систем, обеспечивающих разворот линз вслед за солнцем. Применение фотосенсибилизирующих красителей потенциально помогает улучшить прием энергии Солнца, но пока это скорее общая концепция и разработки энтузиастов. Если нет желания экспериментировать, лучше выбрать более стабильную и проверенную конструкцию. Это относится как к самостоятельному изготовлению, так и к покупке готового продукта.

Самостоятельное изготовление

Из чего делают?

Сделать своими руками солнечную батарею уже не так сложно, как кажется. Принцип действия устройства основан на применении полупроводникового перехода, освещенное устройство должно создавать ток. Самостоятельно изготовить приемник не получится, для этого нужны сложные производственные манипуляции и специализированное оборудование. А вот выполнить силовую часть преобразователя из подручных средств и материалов – не составляет особого труда. Для получения энергии в собственном смысле слова потребуется пластина из кремния, поверхность которой покрыта сеткой диодов.

Все пластины должны рассматриваться как обособленные генерирующие модули. Важно понимать, что оптимальная эффективность достигается при условии постоянного направления на солнце, и что придется позаботиться о накоплении энергии. Хрупкая батарея должна быть надежно защищена от любых загрязнений, от попадания снега. Если это все же происходит, посторонние включения следует убирать максимально быстро. Первым шагом при работе становится подготовка рамы.

Ее в основном делают из дюралюминия, который обладает следующими особенностями:

• не подвержен коррозии;
• не повреждается излишней влажностью;
• служит максимально долго.

Но необязательно делать именно такой выбор. Если проведена окраска и специальная обработка, неплохие результаты достигаются с использованием стали либо древесины. Не рекомендуется ставить очень крупные панели, что неудобно и повышает парусность. Чтобы зарядить кислотный аккумулятор на 12 В, нужно создать рабочее напряжение от 15 В. Соответственно, модулей по 0,5 В потребуется 30 штук.

Можно создать конструкцию из пивных банок. Корпуса выполняются из фанеры 1,5 см, а лицевая панель формируется из органического стекла или поликарбоната. Допускается применение стандартного стекла толщиной 0,3 см. Гелиоприемник формируется при окрашивании черным пигментом. Краска должна быть устойчивой к значительному нагреву. Крышки разрабатываются таким образом, чтобы обеспечивать повышенную эффективность обмена теплом.

Внутри банок воздух прогревается гораздо быстрее, чем на открытом месте. Важно: требуется отмывать емкости сразу, как только принято решение об их использовании.

Брать следует только алюминиевые банки, стальные не подойдут. Проверка производится простейшим образом – с использованием магнита. Донце пробивают, вводят пробойник или гвоздь (хотя можно и сверлить).

Суппорт вставляют и искажают соответственно рисунку. Верх банки разрезают, чтобы получилось что-то похожее на плавник. Он помогает воздушному потоку снимать максимум тепла с греющейся стенки. Потом банку обезжиривают любым моющим средством и приклеивают отрезанные ранее части друг к другу. Исключить промахи можно, используя шаблон из нескольких досок, приколоченных гвоздями под прямым углом.

Довольно часто используют конструкции из дисков. Они выступают неплохими фотоэлементами. Как вариант, ставятся пластины из меди. Электрическая схема, как уже говорилось, работает по тому же принципу, что и большинство транзисторов. Фольга призвана предотвращать чрезмерный разогрев. Как альтернативу в летние месяцы используют просто поверхность, отделываемую в светлые цвета.

Какие инструменты понадобятся?

Чтобы произвести самостоятельно все работы по монтажу солнечной батареи на 220 вольт, понадобятся следующие инструменты:

• паяльники, электрифицированные на 40 Вт;
• герметики на базе силикона;
• скотч, приклеиваемый с двух сторон;
• канифоль;
• припой;
• провод, по которому будет уходить ток;
• флюс;
• шина из меди;
• крепежные элементы;
• дрель;
• прозрачный материал листовой;
• фанера, органическое стекло либо текстолит;
• диоды конструкции Шоттки.

Как изготовить?

Пошаговая инструкция предусматривает выводы с панелей на батареи посредством защитного диода, что помогает исключить саморазряд. Поэтому на вывод подается ток напряжением 14,3 В. Стандартный зарядный ток имеет силу 3,6 А. Его получение достигается при использовании 90 элементов. Подключение частей панели производится параллельно-последовательным способом.

Нельзя использовать в цепочках неодинаковое число элементов.

С поправочными коэффициентами за 12 часов солнечного освещения можно получить 0,28 кВт/ч. Элементы расставляются в 6 полос, для довольно свободного монтажа требуется рама величиной 90х50 см. К сведению – когда есть подготовленные рамы с иными размерами, лучше пересчитать потребность в элементах. Если это невозможно, то применяют детали другой величины, их размещают, варьируя длину и ширину ряда.

Работать желательно на совершенно ровном месте, куда удобно подходить с любой стороны. Рекомендуется заготовленные пластины поставить немного в стороне, где они будут застрахованы от падений и ударов. Даже взять панель непросто, их берут только по одной и очень аккуратно. Крайне важно при монтаже в домашних условиях электрических солнечных панелей для дома или для дач поставить надежное УЗО. Такие блоки делают использование системы безопаснее, сокращая риск травмирования электрическим током и возгорания.

Большинство специалистов рекомендуют приклеивать распаянные элементы в виде единой цепи. Подложка должна быть плоской, поскольку это обеспечивает надежность. Как вариант, можно вставить в раму и основательно укрепить лист стекла либо плексигласа. Это изделие требует обязательной герметизации. На подложку выкладывают элементы в заранее определенном порядке и приклеивают их с помощью двустороннего скотча.

Работающая сторона должна быть повернута к прозрачному материалу, а паяльные выводы оборачивают в другую сторону. Удобнее всего распаивать выводы, если рама выложена рабочей плоскостью на столе.

Когда пластины приклеены, кладут смягчающую подкладку, для нее используют следующие материалы:

• резину в листах;
• древесноволокнистые плиты;
• картонки.

Теперь можно вставить в раму оборотную стенку и герметизировать ее. Замена кормовой стенки на компаунд, в том числе на эпоксидную смолу, вполне возможна. Но такой шаг нужно совершать только при условии, что панель не придется разбирать и чинить. Стандартный сегмент выдает примерно 50 Вт тока при благоприятных условиях. А этого уже достаточно для подпитки светодиодных светильников в небольших домах.

Чтобы обеспечить комфортную жизнь, придется за сутки расходовать от 4 кВт/ч электричества. Для жизнеобеспечения семьи из трех человек понадобится подавать уже 12 кВт/ч. Учитывая неизбежные добавки (когда, к примеру, одновременно работает стандартный набор техники и перфоратор) – требуется увеличить этот показатель еще на 2–3 кВт. Эти параметры и можно взять за основу при расчете необходимых параметров. Чтобы работа проходила нормально, необходимо добавлять в схему устройство, контролирующее заряд.

12 В постоянного тока, ведь именно такую мощность выдает типовая и самодельная батарея, переделать на 220 В переменного способен инвертор. Если нет желания его приобретать, придется комплектовать дом электроаппаратурой, рассчитанной на 12 либо 24 В. Так как низковольтные магистрали насыщаются сильным током, придется выбирать провода значительного сечения и не скупиться на изоляцию. Для накопления выработанного электричества применяют в основном свинцовые аккумуляторы, содержащие кислоту. Несмотря на все технологические усовершенствования, лучший вариант еще не предложен. Чтобы увеличить вырабатываемое напряжение, ставят 2 или 4 аккумулятора.

Наибольшие расходы повлечет приобретение самих панелей, улавливающих солнечные лучи. Сэкономить можно, если заказывать китайский товар в электронных магазинах. В целом такие предложения качественные, но необходимо внимательно знакомиться с репутацией продавцов, с поступающими об их деятельности отзывами. Можно выбирать работоспособные системы с незначительными дефектами. Производители их бракуют и выставляют на продажу, чтобы не тратиться на дорогостоящую утилизацию.

Важно: не стоит монтировать в одной сборке разные по габаритам или вырабатываемому току элементы. Наибольшая генерация в таком случае все равно будет ограничена «узким местом».

Самостоятельная сборка инвертора оправдана только в случае ограниченного потребления тока. А контроллеры зарядов и вовсе стоят мизерную сумму, так что их производство своими руками не оправдывается. Проектируя батарею, следует помнить, что ее элементы должны отделяться разрывом в 0,3–0,5 см.

Часто выбирают сооружения из алюминиевых профилей и органического стекла. Тогда готовят на основе металлического уголка каркас прямоугольной формы. Углы каркаса сверлят, чтобы потом легче было скреплять конструкцию. Изнутри периметр смазывается силиконовым реагентом. Теперь можно поставить лист прозрачного материала, который как можно плотнее прижимают к раме.

Углы коробки пронзают шурупами, удерживающими специальные уголки. Эти уголки не дадут оргстеклу произвольно изменять свое местоположение внутри изделия. Сразу после этого оставляют заготовку в покое и ждут, пока герметик высохнет. На этом предварительный этап завершен. До внедрения солнечных уловителей в корпус его основательно вытирают, чтобы не было малейших признаков загрязнения. Сами пластины тоже очищают, но делают это предельно осторожно.

До сборки конструкций с припаянными на заводе проводниками желательно оценить качество соединений и ликвидировать все обнаруженные деформации. Когда шины еще не соединены, первоначально паяют их к контактам на пластинах, и только после этого связывают взаимно.

Последовательность соединения является следующей:

• измерение требуемого участка шины;
• нарезка полосок согласно результату замера;
• смазывают обрабатываемый контакт флюсом на всем протяжении с нужной стороны;
• прикладывают шину аккуратно и точно, прогретым паяльником ведут по всей поверхности, которую нужно соединить;
• переворачивают пластину и все те же манипуляции повторяют сначала.

Важно: чрезмерно сильный нажим при пайке недопустим, что может разрушить хрупкие элементы. Нужно исключить и прогрев паяльником тех частей, которые не соединяются.

Закончив работу, внимательно осматривают всю поверхность батареи и каждого соединения. Нельзя, чтобы там были даже малейшие дефекты. Оставшиеся выемки и впадины устраняются еще одним проходом паяльника, уже максимально нежным и с еще меньшим прижатием. Сам паяльник не должен быть мощным, скорее, наоборот – сильный прогрев противопоказан. При отсутствии опыта столь тонкой работы желательно подготовить размеченный фанерный лист. Он позволит избежать многих серьезных ошибок. В ходе пайки контактов нельзя упускать из вида их полярность, в противном случае система работать не будет.

Приклеиваемые части соединяются тоже в максимально щадящем режиме. Избыток клея нежелателен, требуется накладывать в центральных частях пластин самые маленькие капли, которые только можно сформировать.

Перекладывание пластин в корпус желательно делать вдвоем, поскольку в одиночку это не слишком удобно. Далее, следует соединить каждый провод с края пластины с общими магистралями для тока. Вынеся подготовленную панель на освещенный солнцем участок, меряется вольтаж в общих шинах, который должен быть в пределах проектных значений.

Есть и другой способ герметизировать солнечную панель. Небольшие количества герметиков из силикона наносятся в промежутки пластин и на внутренние края корпуса. Далее, руками внешние стороны фотоэлементов прижимают к оргстеклу, при этом добиваются идеальной плотности. Накладывают незначительный груз на каждый край, дожидаясь высыхания герметика. После этого смазывают каждый стык пластины и внутренней стороны рамки.

При этом герметик может касаться краев оборота пластин, но не любой другой их части. Боковая часть корпуса послужит для установки соединяющего разъема, который связывается с диодами Шоттки. Внешняя сторона закрывается экраном, делаемым из прозрачных материалов. Создаваемая конструкция продумывается так, чтобы внутрь не попадало даже небольшое количество влаги. Лицевая грань из органического стекла покрывается лаком.

Рекомендации по эксплуатации

Солнечная батарейка может прослужить очень долго и стабильно, поставляя ток в домашнюю проводку. Но многое зависит не только от качества ее сборки и последующего подключения. Очень важно эксплуатировать такой нежный генератор, как полагается. Желательно направить батареи, если они не снабжены подстраивающейся под солнце системой, четко на юг, что поможет уловить максимум энергии и сократить непроизводительные потери. Чтобы исключить ошибку, достаточно ставить генератор под тем углом к горизонту, который равен числу градусов широты в конкретном месте. Но поскольку солнечный диск в течение года меняет свое местоположение на небосводе, рекомендуется в весенние месяцы понижать угол, а при наступлении осени повышать его.

Дополнение следящей системой в бытовых условиях нецелесообразно. Она оправдывает вложения исключительно на промышленном уровне. Гораздо выгоднее поставить сразу несколько батарей, ориентированных на наиболее вероятные углы освещения. Ставя солнечные генераторы поверх плоской кровли, к примеру, из рубероида или из листового железа, стоит поднять их над плоскостью. Тогда обдув воздушным потоком снизу повысит эффективность работы. На волнистых крышах так поступать необязательно, хотя никакого вреда от подъема не будет.

Самые лучшие кровли – это те, что ориентированы к югу и оформлены в виде плоских скатов. В такой ситуации скат служит для присоединения нескольких уголков, размер которых совпадает с величиной модуля. Выход над коньком составляет примерно 0,7 м, а крепление модуля к уголкам производится с разрывом в 150–200 мм. Как вариант, можно свешивать батарею при помощи тех же уголков ниже кровельного ската. На волнистой поверхности уголки часто сменяют трубами тщательно подбираемого диаметра.

Монтаж генераторов на фронтоне лучше всего сочетать с покраской этого элемента и свесов в светлые тона.

Солнечные блоки стоит выставлять по горизонтали, что сократит разброс температуры между их нижней и верхней частью на 50%, если сравнивать с вертикальным монтажом. А значит не только увеличится фактический ресурс, но и удастся повысить результативность системы.

Место для монтажа должно обладает следующими особенностями:

• как можно более освещенным;
• имеющим минимальную тень;
• хорошо продуваемым ветрами.

Полезные советы

Самодельная солнечная батарея может быть применена даже для отопления частного дома. Подобное оборудование можно монтировать, не требуя разрешения от государственных органов. Но даже при активном использовании оценить эффективность не получится раньше чем через 36 месяцев. Кроме того, такой вариант очень дорогой. Так как почти везде в России температура регулярно бывает отрицательной, придется дополнить гелиосистему теплоизоляцией.

Стабильное действие батарей обеспечивается в диапазоне температур от -40 до +90 градусов. Исправная работа гарантирована в среднем на 20 лет, а после этого эффективность резко сокращается. При выборе контроллера нужно учитывать разницу между мощными и слабыми электрическими системами. Если контроллера нет или он вышел из строя, придется непрерывно отслеживать заряды аккумуляторов. Невнимательность может сократить срок действия накопителя заряда.

Как сделать солнечную батаерю своими руками, смотрите в следующем видео.